JVM笔记
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JVM笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、什么是JVM
定义
Java Virtual Machine，JAVA程序的运行环境（JAVA二进制字节码的运行环境）
好处
- 一次编写，到处运行
- 自动内存管理，垃圾回收机制
- 数组下标越界检查
比较
JVM JRE JDK的区别
二、内存结构
整体架构
1、程序计数器
作用
Program Counter Register程序计数器用于保存JVM中下一条所要执行的指令的地址
特点
- 线程私有：随着线程的创建而创建，随着线程的销毁而销毁
- CPU会为每个线程分配时间片，当当前线程的时间片使用完以后，CPU就会去执行另一个线程中的代码
- 程序计数器是每个线程所私有的，当另一个线程的时间片用完，又返回来执行当前线程的代码时，通过程序计数器可以知道应该执行哪一句指令
- 不会存在内存溢出
- 是一块较小的内存空间
2、虚拟机栈
2.1 定义
- 每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈
- 每个栈由多个栈帧Frame（参数|局部变量|返回地址）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法
演示
public class Main
public static void main(String[] args)
method1();
private static void method1()
method2(1, 2);
private static int method2(int a, int b)
int c = a + b;
return c;
在控制台中可以看到，主类中的方法在进入虚拟机栈的时候，符合栈的特点
（顶部的就是活动栈帧）
问题辨析
- 垃圾回收是否涉及栈内存？
- 不需要。因为虚拟机栈中是由一个个栈帧组成的，在方法执行完毕后，对应的栈帧就会被弹出栈。所以无需通过垃圾回收机制去回收内存。
- 栈内存的分配越大越好吗？
- 不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。
- VM参数：
-Xss=256k可以指定栈大小
- 方法内的局部变量是否是线程安全的？
- 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，则是**线程安全(私有)**的，其他线程无法访问
- 如果如果局部变量引用了对象，并逃离了方法的作用范围（比如作为返回值返回），则需要考虑线程安全问题（可能多个线程共享）
2.2 内存溢出
Java.lang.stackOverflowError 栈内存溢出
发生原因
- 虚拟机栈中，栈帧过多（无限递归、循环引用@JsonIgnore）
- 每个栈帧所占用过大
线程运行诊断
CPU占用过高
- Linux环境下运行某些程序的时候，可 能导致CPU的占用过高，这时需要定位占用CPU过高的线程
-
top命令，查看是哪个进程占用CPU过高 -
ps H -eo pid, tid（线程id）, %cpu | grep 刚才通过top查到的进程号通过ps命令进一步查看是哪个线程占用CPU过高 -
jstack 进程id通过查看进程中的线程的nid，刚才通过ps命令看到的tid来对比定位，然后会显示问题行数注意jstack查找出的线程id是**
16进制的**，需要转换
-
死锁：同样使用jstack
3、本地方法栈
一些带有native关键字的方法就是需要JAVA去调用本地的C或者C++方法，因为JAVA有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法
4、堆Heap
定义
通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存
特点：
- 所有线程共享，堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题
- 有垃圾回收机制
堆内存溢出
java.lang.OutofMemoryError：java heap space. 堆内存溢出
VM参数-Xmx=8m
堆内存诊断
-
jps：查看系统中有哪些Java进程 -
jmap -heap 进程id：查看堆内存占用情况 -
jconsole：图形界面的，多功能检测工具，可以连续检测
-
jvirsalvm：可以抓取堆的快照：例如：垃圾回收之后，内存占用依然很高（可以查找最大的堆对象）
5、方法区
结构
内存溢出
- 1.8以前会导致永久代PermGen space内存溢出
- 1.8以后会导致元空间内存溢出
//实例代码：-XX:MaxMetaspaceSize=8m 设置元空间大小
public static void main(String[] args)
int j = 0;
try
Demo1_8 test = new Demo1_8();
for (int i = 0; i < 10000; i++, j++)
// ClassWriter 作用是生成类的二进制字节码
ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
// 版本号， public， 类名, 包名, 父类， 接口
cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
// 返回 byte[]
byte[] code = cw.toByteArray();
// 执行了类的加载
test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 对象
finally
System.out.println(j);
常量池
二进制字节码的组成：类的基本信息、常量池、类的方法定义（包含了虚拟机指令）
通过反编译来查看类的信息
-
获得对应类的.class文件
-
在JDK对应的bin目录下运行cmd，也可以在IDEA控制台输入
-
输入
javac对应类的绝对路径F:\\JAVA\\JDK8.0\\bin>javac F:\\Thread_study\\src\\com\\nyima\\JVM\\day01\\Main.java输入完成后，对应的目录下就会出现类的.class文件
-
-
在控制台输入
javap -v类的绝对路径javap -v F:\\Thread_study\\src\\com\\nyima\\JVM\\day01\\Main.class -
然后能在控制台看到反编译以后类的信息了
-
类的基本信息
-
常量池
-
虚拟机中执行编译的方法（框内的是真正编译执行的内容，#号的内容需要在常量池中查找）
-
运行时常量池
- 常量池
- 就是一张表（如上图中的constant pool），虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量信息
- 运行时常量池 run-time constant pool
- 常量池是*.class文件中的，当该类被加载以后，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址
常量池与串池的关系
串池StringTable
特征
- 常量池中的字符串仅是符号，只有在被用到时才会转化为对象
- 利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象
- 字符串变量拼接的原理是StringBuilder
- 字符串常量拼接的原理是编译器优化
- 可以使用intern方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池中
- 注意：无论是串池还是堆里面的字符串，都是对象
用来放字符串对象且里面的元素不重复
public class StringTableStudy
public static void main(String[] args)
String a = "a";
String b = "b";
String ab = "ab";
常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中，但这是a b ab 仅是常量池中的符号，还没有成为java字符串
0: ldc #2 // String a
2: astore_1
3: ldc #3 // String b
5: astore_2
6: ldc #4 // String ab
8: astore_3
9: return
当执行到 ldc #2 时，会把符号 a 变为 “a” 字符串对象，并放入串池中（hashtable结构 不可扩容）
当执行到 ldc #3 时，会把符号 b 变为 “b” 字符串对象，并放入串池中
当执行到 ldc #4 时，会把符号 ab 变为 “ab” 字符串对象，并放入串池中
最终StringTable [“a”, “b”, “ab”]
注意：字符串对象的创建都是懒惰的，只有当运行到那一行字符串且在串池中不存在的时候（如 ldc #2）时，该字符串才会被创建并放入串池中。
使用拼接字符串变量对象创建字符串的过程
public class StringTableStudy
public static void main(String[] args)
String a = "a";
String b = "b";
String ab = "ab";
//拼接字符串对象来创建新的字符串
String ab2 = a+b;
反编译后的结果
Code:
stack=2, locals=5, args_size=1
0: ldc #2 // String a
2: astore_1
3: ldc #3 // String b
5: astore_2
6: ldc #4 // String ab
8: astore_3
9: new #5 // class java/lang/StringBuilder
12: dup
13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
16: aload_1
17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
20: aload_2
21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
24: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/Str
ing;
27: astore 4
29: return
通过拼接的方式来创建字符串的过程是：StringBuilder().append(“a”).append(“b”).toString()
最后的toString方法的返回值是一个新的字符串，但字符串的值和拼接的字符串一致，但是两个不同的字符串，一个存在于串池之中，一个存在于堆内存之中
String ab = "ab";
String ab2 = a+b;
//结果为false,因为ab是存在于串池之中，ab2是由StringBuilder的toString方法所返回的一个对象，存在于堆内存之中
System.out.println(ab == ab2);
使用拼接字符串常量对象的方法创建字符串
public class StringTableStudy
public static void main(String[] args)
String a = "a";
String b = "b";
String ab = "ab";
String ab2 = a+b;
//使用拼接字符串的方法创建字符串
String ab3 = "a" + "b";
反编译后的结果
Code:
stack=2, locals=6, args_size=1
0: ldc #2 // String a
2: astore_1
3: ldc #3 // String b
5: astore_2
6: ldc #4 // String ab
8: astore_3
9: new #5 // class java/lang/StringBuilder
12: dup
13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
16: aload_1
17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
20: aload_2
21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
24: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/Str
ing;
27: astore 4
//【ab3初始化时直接从串池中获取字符串】
29: ldc #4 // String ab
31: astore 5
33: return
- 使用拼接字符串常量的方法来创建新的字符串时，因为内容是常量，javac在编译期会进行优化，结果已在编译期确定为"ab"，而创建ab的时候已经在串池中放入了“ab”，所以ab3直接从串池中获取值，所以进行的操作和 ab = “ab” 一致。
- 使用拼接字符串变量的方法来创建新的字符串时，因为内容是变量，只能在运行期确定它的值，所以需要使用StringBuilder来创建
intern方法 1.8
调用字符串对象的intern方法，会将该字符串对象尝试放入到串池中
- 如果串池中没有该字符串对象，则放入成功
- 如果有该字符串对象，则放入失败
无论放入是否成功，都会返回串池中的字符串对象
注意：此时如果调用intern方法成功，堆内存与串池中的字符串对象是同一个对象；如果失败，则不是同一个对象
例1
public class Main
public static void main(String[] args)
//"a" "b" 被放入串池中，str则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
//调用str的intern方法，这时串池中没有"ab"，则会将该字符串对象放入到串池中，此时堆内存与串池中的"ab"是同一个对象
String st2 = str.intern();
//给str3赋值，因为此时串池中已有"ab"，则直接将串池中的内容返回
String str3 = "ab";
//因为堆内存与串池中的"ab"是同一个对象，所以以下两条语句打印的都为true
System.out.println(str == st2);
System.out.println(str == str3);
例2
public class Main
public static void main(String[] args)
//此处创建字符串对象"ab"，因为串池中还没有"ab"，所以将其放入串池中
String str3 = "ab";
//"a" "b" 被放入串池中，str则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
//此时因为在创建str3时，"ab"已存在与串池中，所以放入失败，但是会返回串池中的"ab"
String str2 = str.intern();
//false
System.out.println(str == str2);
//false
System.out.println(str == str3);
//true【str2返回的就是串池里的"ab"】
System.out.println(str2 == str3);
intern方法 1.6
调用字符串对象的intern方法，会将该字符串对象尝试放入到串池中
- 如果串池中没有该字符串对象，会将该字符串对象复制一份，再放入到串池中
- 如果有该字符串对象，则放入失败
无论放入是否成功，都会返回串池中的字符串对象
注意：此时无论调用intern方法成功与否，串池中的字符串对象和堆内存中的字符串对象都不是同一个对象
总结：
public static void main(String[] args)
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();
// 问
System.out.println(s3 == s4); //false
System.out.println(s3 == s5); //false
System.out.println(s3 == s6); //true
String x2 = new String("c") + new String("d"); // new String("cd")
x2.intern(); // "cd"
String x1 = "cd";
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2); //false
StringTable 垃圾回收
StringTable在内存紧张时，会发生垃圾回收
StringTable调优
-
因为StringTable是由HashTable实现的，所以可以适当增加HashTable桶的个数，来减少字符串放入串池所需要的时间
-XX:StringTableSize=xxxx -
考虑是否需要将字符串对象入池
可以通过intern方法减少重复入池
6、直接内存
- 属于操作系统，常见于NIO操作时，用于数据缓冲区
- 分配回收成本较高，但读写性能高
- 不受JVM内存回收管理
文件读写流程
使用了DirectBuffer
直接内存是操作系统和Java代码都可以访问的一块区域，无需将代码从系统内存复制到Java堆内存，从而提高了效率
释放原理
直接内存的回收不是通过JVM的垃圾回收来释放的，而是通过unsafe.freeMemory来手动释放
通过
//通过ByteBuffer申请1M的直接内存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1M);
申请直接内存，但JVM并不能回收直接内存中的内容，它是如何实现回收的呢？
allocateDirect的实现
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)
return new DirectByteBuffer(capacity);
DirectByteBuffer类
DirectByteBuffer(int cap) // package-private
super(-1, 0, cap, cap);
boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
int ps = Bits.pageSize();
long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
Bits.reserveMemory(size, cap);
long base = 0;
try
base=unsafe.allocateMemory(size);//【申请内存】
catch (OutOfMemoryError x)
Bits.unreserveMemory(size, cap);
throw x;
unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
if (pa && (base % ps != 0))
// Round up to page boundary
address = base + ps - (base & (ps - 1));
else
address = base;
cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap)); //【通过虚引用，来实现直接内存的释放，this为虚引用的实际对象】
//在Deallocator里有unsafe.freeMemory(address);
att = null;
这里调用了一个Cleaner的create方法，且后台线程还会对虚引用的对象监测，如果虚引用的实际对象this（这里是DirectByteBuffer）被回收以后，就会调用Cleaner的clean方法，来清除直接内存中占用的内存
public void clean()
if (remove(this))
try
this.thunk.run(); //调用run方法
catch (final Throwable var2)
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>()
public Void run()
if (System.err != null)
(new Error("Cleaner terminated abnormally", var2)).printStackTrace();
System.exit(1);
return null;
);
对应对象的run方法
public void run()
if (address == 0)
return;
unsafe.freeMemory(address); //释放直接内存中占用的内存
address = 0;
Bits.unreserveMemory(size, capacity);
直接内存的回收机制总结
- 使用了Unsafe类来完成直接内存的分配回收，回收需要主动调用freeMemory方法
- ByteBuffer的实现内部使用了
Cleaner（虚引用）来检测ByteBuffer。一旦ByteBuffer被垃圾回收，那么会由ReferenceHandler来调用Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放内存
三、垃圾回收
1、如何判断对象可以回收
1.1 引用计数法
弊端：循环引用时，两个对象的计数都为1，导致两个对象都无法被释放
1.2可达性分析算法
- JVM中的垃圾回收器通过可达性分析来探索所有存活的对象
- 扫描堆中的对象，看能否沿着GC Root对象为起点的引用链找到该对象，如果找不到，则表示可以回收
- 可以作为GC Root的对象
- 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象
- 被加锁的对象
1.3 五种引用
强引用
只有GC Root都不通过【强引用】引用该对象，改对象才能被垃圾回收
- 如上图B、C对象都不引用A1对象时，A1对象才会被回收
软引用SoftReference
当GC Root指向软引用对象时，在内存不足时，会回收软引用所引用的对象
- 如上图如果B对象不再引用A2对象且内存不足时，软引用所引用的A2对象就会被回收
软引用的使用
加载图片等比较大的资源，可以使用软引用，就不直接使用List去引用byte数组了List —> SoftReference —> byte[]
public static 以上是关于JVM笔记的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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